CN109698496A - 一种轨道交通牵引供电系统及控制方法 - Google Patents

一种轨道交通牵引供电系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通牵引供电系统,包括双馈变压器和双向变流器,双馈变压器的输入端用于与牵引变电所相连,输出端与所述双向变流器的输入端相连,双向变流器的输出端用于与直流母线相连。本发明还相应公开了一种控制方法,在列车处于牵引启动时,检测到直流母线电压高于预设门槛值Urthr时,启动整流工作,将交流母线的交流电变换为直流电;在列车处于制动状态时,双向变流器逆变运行,将直流母线电压变换为与交流母线同相位电压以回馈至交流母线上,并稳定直流母线电压在控制值Ucon上,其中控制值Ucon>确定值Uinv。本发明的轨道交通牵引供电系统及控制方法均具有稳定直流母线电压、整流、短路保护以及电能回馈等优点。

Description

一种轨道交通牵引供电系统及控制方法
技术领域
本发明主要涉及轨道交通技术领域,特指一种轨道交通牵引供电系统及控制方法。
背景技术
目前在城市轨道交通牵引供电系统中,为列车牵引提供的牵引电能是由不可控二极管组成的整流器完成,其能量只能单向传输,输出特性不可控,导致目前的直流牵引电网电压随着负载的增加而降低较大,直流牵引网电压波动较大,影响列车的牵引系统工作;而将列车制动时产生的再生制动能量,只能通过单独的能量回馈装置回收,而回收装置仅具备单一的逆变回馈功能。在目前的解决方案中,有在既有整流机组上并联双向变流器、变压器及开关柜等形成一套双向变流机组,在整流时,通过二极管整流机组和双向变流机组同时向列车供电,在列车制动时,多余的制动能量通过双向变流机组直接反馈回中压环网;在实施过程中,由于需双向变流机组与既有的整流机组共同工作,并同时满足二极管整流机组的输出特性,增加了控制难度,而且没有解决直流牵引网网压波动问题;专利《双向变流器短路电流整流器件保护装置》,申请号201611116262.X,公开了一种双向变流器的短路电流整流器件保护装置。该方案在变流模块的IGBT器件中并联了一组整流器件,构成两组整流桥臂,使得短路时的短路电流从整流器件流过,从而保护IGBT不受损伤。此方案需要改变原变流模块,在模块内部加装整流器件,对模块的可靠性会产生影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种稳定直流牵引网电压的轨道交通牵引供电系统及控制方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种轨道交通牵引供电系统,包括双馈变压器和双向变流器,所述双馈变压器的输入端用于与牵引变电所内交流母线相连,输出端与所述双向变流器的交流输入端相连,所述双向变流器的直流输出端用于与直流母线相连。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述双向变流器上并联有开关组件,用于在双向变流器检测到直流过流并关断时闭合,以使短路电流通过而触发直流馈线柜中的高速断路器和继电保护装置启动短路保护。
所述开关组件为二极管三相整流桥。
所述开关组件为晶闸管或IGCT器件构成的三相整流桥。
所述双向变流器串联交流电抗器后再与所述开关组件并联。
所述牵引整流变压器与牵引变电所之间依次串联有断路器和接地隔离开关。
所述双向变流器与直流母线之间串联有正极隔离开关和负极隔离开关。
本发明还公开了一种基于如上所述的轨道交通牵引供电系统的控制方法,在列车处于牵引启动时,检测到直流母线电压高于预设门槛值Urthr时,双向变流器启动整流工作,将交流母线上的交流电变换为直流电,并使直流母线的电压稳定在确定值Uinv上;在列车处于制动状态时,双向变流器逆变运行,将直流母线电压变换为与交流母线同相位电压以回馈至交流母线上,并稳定直流母线电压在控制值Ucon上,其中控制值Ucon>确定值Uinv。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述确定值Uinv大于直流母线额定电压。
所述交流母线额定电压为AC35kV,所述直流母线额定电压为DC1500V。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明的轨道交通牵引供电系统以及控制方法,由于采用双向变流器(基于可控器件构成),在列车牵引或制动时,稳定直流母线电压,使牵引变电所的输出特性为恒压电源。双向变流器上并联有开关组件,用于在双向变流器检测到直流过流并关断时闭合,以使短路电流通过而触发直流馈线柜中的高速断路器和继电保护装置启动短路保护。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明中系统方框结构图。
图3为本发明中其它实施例的系统方框图。
图4为本发明中其它实施例的系统方框图。
图5为本发明中双向变流器的工作逻辑图。
图中标号表示:1、交流母线;2、接地隔离开关;3、断路器;4、电流互感器;5、双馈变压器;6、双向变流器;7、避雷器;8、正极隔离开关;9、负极隔离开关;10、开关组件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图4所示,本实施例的轨道交通牵引供电系统,包括双馈变压器5和双向变流器6,双馈变压器5的输入端用于与牵引变电所内交流母线1(如AC35kv母线)相连,输出端与双向变流器6的交流输入端相连,双向变流器6的直流输出端用于与直流母线相连。双向变流器6采用基于可控器件构成,在列车牵引或制动时,稳定直流母线电压,使牵引变电所构成恒压电源。
本实施例中,双馈变压器5与牵引变电所内AC35kv交流母线1之间依次串联有电流互感器4、断路器3和接地隔离开关2。双向变流器6与直流母线之间串联有正极隔离开关8和负极隔离开关9。双向变流器6并联有避雷器7。
由于双向变流器6的核心是基于可控器件构成的,可以实现对线路中的电流快速检测并快速实现电流保护,但对于城轨牵引系统中短路保护缺乏必要的检测手段及保护方式,因此,目前仅采用基于可控器件的双向变流器6基本不具备较大的短路电流保护能力,特别是牵引变电所近端正极对地、正极对负极的短路保护,仍需要直流馈线柜中的高速断路器和继电保护装置实现短路保护,故要求在双向变流器6检测到直流过流并关断可控器件的同时,需提供一种类似于不可控整流器的通道,以提供短路电流通过,继而引发直流馈线柜中的高速断路器和继电保护装置启动短路保护。具体地,双向变流器6上并联有开关组件10,用于在双向变流器6检测到直流过流并关断时闭合,以使短路电流通过而触发直流馈线柜中的高速断路器和继电保护装置启动短路保护。
如图2所示,本实施例中,开关组件10为二极管三相整流桥,为短路电流构建在双向变流器6的变流模块封锁脉冲停止工作时的通道,便于直流断路器和继电保护装置启动短路保护,提高直流侧双向变流器6输出电压,使得二极管整流桥反向截止;在变流模块整流或逆变时不工作。如图3所示,在其它实施例中,开关组件10为晶闸管或IGCT器件构成的三相整流桥,为短路电流构建通道。在直流侧近端短路时,产生较大的冲击电流,双向变流器6通过过流保护监测到电流较大时,封锁脉冲,停止工作,并同时开通与其并联的晶闸管或IGCT整流桥,使得短路电流通过三相整流桥流向直流断路器,通过直流断路器和继电保护装置执行短路保护。在图2和图3所示的实施例中,双向变流器6均串联交流电抗器后再与开关组件10并联。当然,如图4所示,双向变流器6也可以不用串联交流电抗器L。
本发明还相应公开了一种基于如上所述的轨道交通牵引供电系统的控制方法,在列车处于牵引启动时,检测到直流母线电压高于预设门槛值Urthr时,双向变流器启动整流工作,将交流电网的交流电变换为直流电,并使直流母线的电压稳定在确定值Uinv上;在列车处于制动状态时,双向变流器逆变运行,将直流母线电压变换为与交流母线同相位电压以回馈至交流母线上,并稳定直流母线电压在控制值Ucon上,其中控制值Ucon>确定值Uinv。
如图5所示,为保证列车牵引时充分发挥牵引制动力,在列车制动时优先直流牵引网中相邻邻车的吸收,提出如下的具有一定滞环控制的双向变流器6工作逻辑:在列车处于牵引启动时,双向变流器6检测到直流母线电压高于门槛值Urthr时启动整流工作,将35kV电网的交流电变换为直流电,并设定稳压控制值Urec,使其直流牵引网的电压稳定在确定值Uinv上,该确定值可以相对于目前的DC1500V电压值有所提高,以便于减小直流牵引网的线路损耗,使其整个系统等效构成为恒电压源,输出特性为直流电压源;在列车处于制动时,双向变流装置做逆变运行,将直流电压变换为35kV电网的同相位电压,设定稳压控制值Ucon,并规定Ucon≥Uin,优先于相邻车辆吸收,相应提高回馈时双向变流装置的稳定控制值,使直流牵引网的电压稳定在控制值上,便于列车发挥电制动力,同时减少直流牵引网的电压波动。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道交通牵引供电系统,其特征在于,包括双馈变压器(5)和双向变流器(6),所述双馈变压器(5)的输入端用于与牵引变电所内交流母线(1)相连,输出端与所述双向变流器(6)的交流输入端相连,所述双向变流器(6)的直流输出端用于与直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述双向变流器(6)上并联有开关组件(10),用于在双向变流器(6)检测到直流过流并关断时闭合,以使短路电流通过而触发直流馈线柜中的高速断路器和继电保护装置启动短路保护。
3.根据权利要求2所述的轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述开关组件(10)为二极管三相整流桥。
4.根据权利要求2所述的轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述开关组件(10)为晶闸管或IGCT器件构成的三相整流桥。
5.根据权利要求2所述的轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述双向变流器(6)串联交流电抗器后再与所述开关组件(10)并联。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述牵引整流变压器(5)与牵引变电所(1)之间依次串联有断路器(3)和接地隔离开关(2)。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述双向变流器(6)与直流母线之间串联有正极隔离开关和负极隔离开关。
8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的轨道交通牵引供电系统的控制方法,其特征在于,在列车处于牵引启动时,检测到直流母线电压高于预设门槛值Urthr时,双向变流器(6)启动整流工作,将交流母线上的交流电变换为直流电,并使直流母线的电压稳定在确定值Uinv上;在列车处于制动状态时,双向变流器(6)逆变运行,将直流母线电压变换为与交流母线同相位电压以回馈至交流母线上,并稳定直流母线电压在控制值Ucon上,其中控制值Ucon>确定值Uinv。
9.根据权利要求8所述的轨道交通牵引供电系统的控制方法,其特征在于,所述确定值Uinv大于直流母线额定电压。
10.根据权利要求9所述的轨道交通牵引供电系统的控制方法,其特征在于,所述交流母线额定电压为AC35kV,所述直流母线额定电压为DC1500V。
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